專利名稱：一種串級質(zhì)譜分析裝置及質(zhì)譜分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種串級質(zhì)譜分析裝置和串級質(zhì)譜分析方法。更具體的說，本發(fā)明涉及到四極桿濾質(zhì)器和離子阱聯(lián)用實現(xiàn)從單級到多級質(zhì)譜分析的多模式分析裝置與方法。
背景技術(shù)：
色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，特別是氣相色譜、質(zhì)譜聯(lián)用儀在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測、衛(wèi)生檢疫等方面正發(fā)揮著越來越大的作用，并且需求還在不斷上升。在色譜、質(zhì)譜及其接口的各個方面，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，儀器種類不斷增加。從質(zhì)譜方面考慮，用于氣相色譜聯(lián)接的質(zhì)譜儀從最初的磁扇質(zhì)譜儀已發(fā)展到目前廣泛使用的單四極桿質(zhì)譜儀、離子阱質(zhì)譜儀和飛行時間質(zhì)譜儀。儀器的價格大幅降低，分析效率有所提高。為了有效地解析一些繁雜的未知樣品，人們還開發(fā)出串級質(zhì)譜儀對氣相色譜的分離產(chǎn)物做串級質(zhì)譜分析(MSn)。與氣相色譜聯(lián)用的串級質(zhì)譜儀主要有離子阱質(zhì)譜儀和三重四極桿質(zhì)譜儀兩種。三重四極質(zhì)譜儀是在第一級四極桿分析器后面增添離子碰撞室和第二級四極桿分析器。其中第一級四極桿分析器將離子源產(chǎn)生的多種離子(可能因前級色譜分離不佳引起)或多個碎片離子中的某一個選中，讓其通過分析器進入碰撞室與中性氣體原子進行碰撞解離，其產(chǎn)物碎片離子進入第二級四極桿分析器進行分析，得到二級質(zhì)譜。在色譜出現(xiàn)復雜成分的共洗脫時，二級質(zhì)譜比單級質(zhì)譜具有更高的信背比和定量準確度，而且還能得到被分析離子的結(jié)構(gòu)信息。當人們想對碰撞產(chǎn)物離子的結(jié)構(gòu)做進一步解析的時候，就提出三級以上質(zhì)譜MSn 的需求，三重四極桿分析儀就無法勝任了，而善于MSn(n >= 3)的離子阱就顯示出其優(yōu)越性。早在上世紀80年代，美國費尼根公司就生產(chǎn)出氣相色譜三維離子阱檢測器這種色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，能夠勝任多次串級質(zhì)譜分析，且價格低廉，直到今日仍被廣泛的使用。但是，三維四極離子阱在與氣相色譜聯(lián)用上存在以下問題1.三維四極離子阱在做母離子選擇和質(zhì)量掃描前，要將所有離子冷卻聚集在離子阱中心的很小區(qū)域，由于離子之間存在電荷的相互作用，如果離子密度較大，離子共振出射過程會受到離子空間電荷的影響，分辨率變差，譜峰發(fā)生位移。換言之，這種空間電荷作用極大的限制了每次操作允許的離子數(shù)量。由于每次被分析的離子數(shù)量有限(一般為幾百至幾萬，根據(jù)質(zhì)荷比的分布范圍和掃描速度而定)，這影響了儀器分析的動態(tài)范圍。2.氣相色譜質(zhì)譜廣泛采用電子轟擊式離子源(EI)。這種離子源在電離樣品分子時，產(chǎn)生一系列碎片離子。利用碎片離子豐度的比例關(guān)系，來確定一個化合物的成分，已經(jīng)成為一種標準的分析方法。目前已對最廣為使用的(EI)四極桿質(zhì)譜儀形成了成千上萬樣品的標準數(shù)據(jù)庫，但是因為四極離子阱分析時需要較長的離子存貯時間，促進了碎片離子生成和轉(zhuǎn)化，導致了四極離子阱質(zhì)譜圖中的碎片豐度關(guān)系與四極桿質(zhì)譜圖的碎片豐度關(guān)系差別很大，有很多化合物用離子阱分析器分析以后無法對照標準數(shù)據(jù)庫進行正確識別。3.在用離子阱進行串級質(zhì)譜分析時，必須首先激發(fā)母離子以獲得足夠的離化動能，才能在與氣體分子碰撞中得到子離子。為了將一具有足夠動能的母離子捕獲在離子阱當中，母離子的穩(wěn)定參數(shù)q必須足夠大，以獲得足夠深的贗勢阱。而這將導致一個碎裂的子離子的質(zhì)量下限，也就是說，碎裂子離子的質(zhì)量如果小于此q值對應的質(zhì)量下限，該子離子將不能被離子阱捕獲從而造成離子丟失。通常，子離子質(zhì)量下限是母離子質(zhì)量的1/3，這將限制多級質(zhì)譜的可用質(zhì)量范圍。隨著直線離子阱的發(fā)明，三維離子阱關(guān)于離子容積和動態(tài)范圍的問題已在很大程度上得到了解決。這在美國專利M20425以及US19960656954中有所描述。然而，直線離子阱與電子碰撞電離源(EI)聯(lián)用時，裂解形式相比于四極濾質(zhì)器情況還是有很大的不同， 也造成了數(shù)據(jù)庫檢索的嚴重的問題。運用數(shù)字波驅(qū)動離子阱(中國專利ZL200710045190)， 可以在碰撞誘導解析(CID)過程中快速的改變q值，一定程度地改善子離子質(zhì)量下限和母離子激發(fā)能量矛盾的問題，這在美國專利US7582866和US6949743中有所披露。然而，這些被披露的方法并不能真正實現(xiàn)三重四極桿儀器中用到的高能碰撞誘導解析的條件。由于上述這些關(guān)于離子阱問題的存在，直線離子阱雖然已在液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(LCMS)中成功得到了應用，但在氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(GCMS)領(lǐng)域中尚未實現(xiàn)商業(yè)化。本發(fā)明的目的，其一是要找到一種儀器的方案，能夠?qū)崿F(xiàn)多級串聯(lián)質(zhì)譜分析(三級或以上)，在擁有高靈敏度和子離子產(chǎn)出效率的同時，保持較高的一級質(zhì)譜和二級質(zhì)譜的動態(tài)范圍；其二是將儀器的兩種優(yōu)越性能，即容易使用數(shù)據(jù)庫對其EI源碎片離子峰進行質(zhì)譜檢索的優(yōu)點和運行多級串聯(lián)質(zhì)量分析以確定未知化合物的優(yōu)點，加以整合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于分析氣態(tài)成分的質(zhì)譜儀，其中包含置于真空環(huán)境的離子源； 位于離子源下游的四極桿濾質(zhì)器；位于四極桿濾質(zhì)器下游的線形離子阱以及置于線形離子阱側(cè)邊，用以接收從線形離子阱弓丨出口引出的離子的離子檢測器。在本發(fā)明提供的這種質(zhì)譜儀中，四極桿濾質(zhì)器還可包含后短四極桿系，以幫助經(jīng)四極桿濾質(zhì)器選擇的離子能夠高效地進入所述線形離子阱。而且進一步可包含脈沖氣體提供裝置，給線形離子阱脈沖地提供所需的冷卻氣體和碰撞氣體。在本發(fā)明提供的這種質(zhì)譜儀中，在線形離子阱的電極上可以施加偏轉(zhuǎn)電壓，它使穿過四極桿濾質(zhì)器的離子，在進入線形離子阱后，受到上述偏轉(zhuǎn)電壓形成的偏轉(zhuǎn)力的作用， 向引出口方向偏轉(zhuǎn)，從而經(jīng)引出口由徑向被逐出到所述的離子探測器。由此獲得的質(zhì)譜中， 在電子轟擊電離源(EI源)下生成的碎片離子豐度比例可與單四極濾質(zhì)器質(zhì)譜儀的所獲取的質(zhì)譜一致。在本發(fā)明提供的這種質(zhì)譜儀中，可在線形離子阱的電極上施加捕獲高頻電壓，以將從四極濾質(zhì)器傳輸過來的離子捕獲，再通過輔助共振激發(fā)，將離子阱中的離子按質(zhì)荷比大小有選擇的逐出到檢測器，以形成質(zhì)譜。在本發(fā)明提供的這種質(zhì)譜儀中，可在線形離子阱的電極上施加捕獲高頻電壓，并在四極濾質(zhì)器和線形離子阱之間產(chǎn)生軸向電位差，該電位差使從四極濾質(zhì)器傳輸過來的離子加速，并與離子阱中所謂碰撞氣體碰撞。通過設定捕獲高頻電壓的振幅或頻率，使碰撞解離產(chǎn)生的產(chǎn)物離子可以被離子阱捕獲。產(chǎn)物離子被離子阱捕獲以后，再通過輔助共振激發(fā)， 按質(zhì)荷比大小有秩序地被逐出到檢測器，以形成二級質(zhì)譜。同時，也可以再通過選擇性輔助共振激發(fā)，或利用a、q穩(wěn)定圖選擇離子的方法，按質(zhì)荷比去除不需要的產(chǎn)物離子，而讓某一種質(zhì)荷比的產(chǎn)物離子留下繼續(xù)裂解，并將其碎裂的離子通過輔助共振激發(fā)，按質(zhì)荷比大小順序地被逐出到檢測器，形成三級質(zhì)譜。本發(fā)明提供了一種新型的利用與線形離子阱串聯(lián)的四極濾質(zhì)器對已束縛在離子阱中的離子進行質(zhì)量過濾和解離的方法。該方法通過在串聯(lián)的四極桿濾質(zhì)器上設置高頻與直流電壓，以建立允許某一質(zhì)荷比離子通過的四極電場；同時在線形離子阱的軸向建立指向該四極桿濾質(zhì)器方向的脈沖引出電壓，將線形離子阱中的離子射出并進入該四極桿濾質(zhì)器，并在該四極桿濾質(zhì)器的遠端建立反射軸向電勢，使離子折返，并在離子的往復運動中利用四極桿濾質(zhì)器選出一種母離子；之后，通過重新在線形離子阱設定一個與捕獲質(zhì)荷比范圍對應的捕獲高頻電壓振幅或頻率，以及在該四極濾質(zhì)器和線形離子阱之間重新設置軸向電位分布，使從該四極濾質(zhì)器返回到線形離子阱的離子加速，并與離子阱中碰撞氣體碰撞而解離；最后，通過設置離子阱前后端蓋的直流電位，使碰撞解離產(chǎn)生的在上述質(zhì)荷比范圍中的產(chǎn)物離子被離子阱捕獲。本發(fā)明還提供了一種新的方法來控制注入離子阱的離子總量，首先通過四極桿濾質(zhì)器及僅作為偏轉(zhuǎn)器的線形離子阱獲得一定較短時間內(nèi)離子源產(chǎn)生各種質(zhì)荷比的離子強度與其質(zhì)荷比的關(guān)系，即預檢測質(zhì)譜。之后根據(jù)預檢測質(zhì)譜的總離子數(shù)計算離子阱達到最合適的注入離子量時所需的離子注入時間，并通過改變線形離子阱前端離子門處于開啟電位的時間控制注入離子的總量，同時在離子阱徑向束縛電極施加高頻高壓信號，即可充分接受并捕獲從四極濾質(zhì)器傳輸過來的離子并使其在離子阱中的總量達到最適值。綜上所述，本發(fā)明提供的這種儀器的方案，既能夠?qū)崿F(xiàn)多級串聯(lián)質(zhì)譜分析(三級或以上)，又能通過直接在離子阱內(nèi)碰撞裂解，實現(xiàn)較高的子離子產(chǎn)出效率。既擁有線形離子阱全譜掃描的高靈敏度，又可利用四極桿濾質(zhì)器獲得較寬的一級質(zhì)譜和二級質(zhì)譜的動態(tài)范圍，以及較寬的各級串級質(zhì)譜碰撞解離所得子離子的質(zhì)荷比范圍；并且，由該儀器所得的氣相樣品EI源碎片離子譜圖可具有如傳統(tǒng)四極桿濾質(zhì)器掃描譜圖相同的質(zhì)譜檢索譜庫兼容性。這種儀器的方案在匯集各種質(zhì)譜儀優(yōu)勢的同時，保留了各離子質(zhì)量分析器的獨特優(yōu)點，并克服了單一四級桿質(zhì)譜儀或離子阱質(zhì)譜儀的各自缺點。


為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作詳細說明，其中圖1為四極桿濾質(zhì)器——四極線形離子阱串聯(lián)質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)圖；圖2為設置有后短桿的四極桿濾質(zhì)器——線形離子阱離子光學系統(tǒng)中離子傳輸軌跡的示意3為在電極上設置各種偏轉(zhuǎn)直流電壓，使線形離子阱成為離子偏轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)原理圖。圖4為經(jīng)四極桿濾質(zhì)器隔離的母離子加速引入充氣的離子阱，并在其中發(fā)生碰撞解離的原理圖。圖5為經(jīng)四極桿濾質(zhì)器隔離的母離子在離子阱中實現(xiàn)共振激發(fā)碰撞解離過程的儀器結(jié)構(gòu)原理圖。圖6為在線形離子阱中捕獲的離子，通過與之串聯(lián)的四極桿進行質(zhì)量選擇及加速碰撞解離的原理圖
具體實施例方式圖1是根據(jù)此發(fā)明所敘述的質(zhì)譜分析儀器的結(jié)構(gòu)圖。氣相待分析物從如氣相色譜儀一類的樣品源1通過氣密性的樣品管道接口 2被送進真空腔中的離子化源3，如一個外部電離的電子電離源。離子在該離子源中產(chǎn)生并被引出電離源，經(jīng)過一組單圓孔透鏡4聚焦，然后飛入下游的四極桿系組。該四極桿系組由三段，即預桿系5、主桿系6和后桿系7 組成，并且可以工作在兩種模式下離子引導模式以及離子選擇模式。在離子引導模式下， 對所有段的四極桿系施加相同的純射頻信號以產(chǎn)生四極場，該四極場具有很強的徑向聚焦作用，并且可以使得很寬質(zhì)荷比范圍內(nèi)的離子以相對較高的動能穿過。而在離子選擇模式下，預桿和后桿部分只施加純射頻信號而主桿部分則施加一個產(chǎn)生直流四極場以提供質(zhì)量分辨的直流電壓與射頻電壓的復合信號。其中復合信號中所謂“提供質(zhì)量分辨的直流”使主桿系部分6內(nèi)產(chǎn)生了對指定質(zhì)荷比范圍內(nèi)的離子具有選擇性通過功能的直流四極場成分，因此主桿系又稱四極桿濾質(zhì)器；而預桿部分只存在射頻信號產(chǎn)生的四極場，可以使離子從軸對稱透鏡系統(tǒng)進入該過濾四極場時減少由四極邊緣場造成的離子損失。后桿部分的作用與預桿類似，用以傳輸經(jīng)歷了質(zhì)量選擇過程的離子。該段形成了純射頻的邊緣場，這樣，某特定質(zhì)荷比的離子不會在徑向被激發(fā)，這就有助于離子聚焦，以便將其通過前端蓋離子門8上的小孔9注入由前端離子門8，后端離子門10及徑向束縛電極組11包圍并定義的下游線形離子阱空間，并減少在前端離子門及該離子阱空間內(nèi)部造成的離子流損失。之后，在線形離子阱側(cè)面設有離子檢測器組件12，用于檢測通過四級桿濾質(zhì)器和線形離子阱的離子。以上全部裝置設于真空腔中，真空泵13及14用于抽取真空。儀器中可以設置從真空腔外，向線形離子阱中導入碰撞氣體的閥門管路15，用于控制及調(diào)節(jié)幫助離子捕獲或解離的碰撞氣壓。前端蓋離子門8上的小孔9的大小也控制著導入碰撞氣體在線形離子阱內(nèi)外的壓力比，通常為保證四極桿濾質(zhì)器6及離子化源3的較好真空狀態(tài)，其直徑不宜過大，一般在lmnT3mm之間。儀器結(jié)構(gòu)中的后置短桿系7對四極桿濾質(zhì)器引出離子軌跡的改善如圖2所示，由四極濾質(zhì)器主桿6所選通，具有特定質(zhì)量電荷比的離子流16，在通過施加純射頻電壓的后段桿系7時，由于后桿系7內(nèi)不存在所述“提供質(zhì)量分辨的直流”信號的四極電場，離子流 16的發(fā)散在通過后桿系7后得到抑制，使得主要的離子流均能通過線形離子阱前置離子門 8上的小孔9注入到兩離子門8及10所約束的線形離子阱空間中。以往儀器結(jié)構(gòu)中的線形離子阱由兩個以上，通常為四個柱面電極和兩個端蓋電極組成。前端蓋電極中央開孔用于離子引入，至少在一個柱面電極上開一條槽用于離子引出。而具體就圖3所示，本實施例中的一種線形離子阱可具有以下結(jié)構(gòu)，它包括兩個開孔的端蓋離子門8、10和四個關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸對稱分布的平面電極組17，18，19，20。每片平面電極組由一片絕緣體組成，例如陶瓷塊，在其表面覆蓋金屬層以形成多個分立式電極。當本發(fā)明中的線形離子阱作為離子儲存裝置時，一組相對的電極組17和19上附加一個高壓高頻信號，而另一組相對的電極組18和20上附加與電極組17和19上相位相反的高壓高頻信號，這兩組相位相反的電壓信號會在線形離子阱中形成一個以二維交變四極電場成分為主的交變電場，從而對一定質(zhì)量電荷比以上的離子形成一個徑向贗勢阱將離子在徑向束縛。同時對于正離子，可在端蓋離子門8和10上都附加較電極組17、18、19及 20的平均電位高的電勢，即可完成對正離子的軸向束縛。對于負離子的情況，可在端蓋離子門8和10上都附加較電極組17、18、19及20的平均電位較低的電勢，也可實現(xiàn)對負離子的軸向束縛。由于離子從阱外注入時會將其攜帶的較高電勢能轉(zhuǎn)換為動能，對于需捕獲阱外注入離子的情況，為避免其再次脫離離子阱，提高捕獲效率，通常需要施加某些特殊手段來增加離子阱勢阱深度或去除這些額外的動能。一種增加離子阱軸向勢壘的方法是，首先通過調(diào)節(jié)后桿組7和主桿組6的電位差，將通過主桿組6的離子流16在時間維度上調(diào)制成一組周期性的離子脈沖，當每一個離子脈沖注入線形離子阱空間后，在離子反射離開離子阱前脈沖改變離子阱前后端蓋的電位將其捕獲。另一種更為有效的方法是在捕獲離子時引入碰撞冷卻氣體，通常為分子量較小的物質(zhì)如氦氣。樣品離子通過與氣體分子碰撞將多余的動能釋去以提高捕獲效率。對于氣相色譜儀聯(lián)用的情況，可通過調(diào)節(jié)分流器的樣品-載氣分流比，利用載氣中的氦來完成碰撞冷卻過程。當碰撞冷卻氣體不足的情況下，可如圖1所示，通過碰撞冷卻氣路及調(diào)節(jié)閥15 額外向線形離子阱內(nèi)補充冷卻氣。氣路及調(diào)節(jié)閥15的工作模式可以是連續(xù)調(diào)節(jié)流量，也可采用氣體脈沖引入。碰撞冷卻氣體的引入除了能夠單獨增強線形離子阱的捕獲效率外，對于離子在儀器軸線外的徑向運動也能通過碰撞冷卻減少其幅度及強度，即所謂的碰撞聚焦效應。通常， 在以四極桿濾質(zhì)器為唯一質(zhì)量分析器的質(zhì)譜儀中，由于四極桿濾質(zhì)器所在的空間中存在所謂的“提供質(zhì)量分辨的直流”信號的四極場，離子流從四級桿濾質(zhì)器流出時發(fā)散非常嚴重。 在本發(fā)明所述的質(zhì)譜儀器中，如圖2所示，后桿系7除利用其本身純射頻場調(diào)整離子流截面外，還可利用從線形離子阱流出的碰撞冷卻氣體34在后置四級桿中實現(xiàn)碰撞聚焦，進一步增強離子流16的聚焦效果，以增加進入離子阱的離子總量及整體捕獲效率。同時，與以線形離子阱為唯一質(zhì)量分析器的質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)相對比。由于四極質(zhì)量分析器及其前后桿的總長度普遍在15(T300mm左右，因此，其在一些要求高真空條件的離子源及要求一定碰撞氣體壓強的線形離子阱間，可起到一個高效的離子導引兼有效的氣體壓強差分過渡結(jié)構(gòu)的作用。因此，當本發(fā)明中的儀器的離子光學系統(tǒng)同直接連接離子化源線形離子阱分析器離子光學系統(tǒng)具備相似的離子傳輸和捕獲效率時，本發(fā)明所述的儀器中具有在離子源處更低的背景氣壓。這有利于延長離子源及其燈絲的壽命，并能容忍更大的樣品源載氣流量。如前所述，離子阱類質(zhì)量分析器在實現(xiàn)其質(zhì)量分析功能時，離子通常需要經(jīng)歷數(shù)百微秒至數(shù)十毫秒的捕獲儲存、碰撞冷卻以及質(zhì)荷比掃描時間。在這段時間內(nèi)，這些離子存在各種解離的過程。對于一些依賴于離子化源自身解離碎片離子的豐度譜或?qū)τ谔囟ǘ虊勖x子的監(jiān)視模式分析方法，例如在氣相色譜質(zhì)譜連用應用領(lǐng)域中最為普遍的利用電子轟擊離化源產(chǎn)生的離子豐度譜來做氣相色譜峰流出物的定性分析，上述過程會破壞離子化源直接產(chǎn)生的離子豐度比例，造成從離子阱中采集的質(zhì)譜圖同傳統(tǒng)的磁扇偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜及四極桿質(zhì)譜等離子停留時間較短的質(zhì)量分析器中得到的標準譜庫難以甚至是無法對比查找的問題。這在很大程度上限制了以離子阱為質(zhì)量分析器的質(zhì)譜儀的應用領(lǐng)域。
通過將磁扇區(qū)偏轉(zhuǎn)或四極桿等離子停留時間較短的前級質(zhì)量分析器與離子阱直接軸向聯(lián)用，則自然可利用前級質(zhì)量分析器直接進行質(zhì)量分析所得到的未發(fā)生分析器內(nèi)豐度變化的質(zhì)譜圖來進行上述的譜圖對比查找。然而，在線形離子阱不作為質(zhì)量分析器時，軸向注入線形離子阱的離子并不會自發(fā)從指定徑向方向出射。為此，本發(fā)明給出了一類將線形離子阱變換為離子束偏轉(zhuǎn)器的方法，其中一類如圖3左圖中，通過直流電源21對電極板 17及19附加一個正向偏置直流電壓，同時通過直流電源22對電極板18及20附加一個負向偏置直流電壓，即可在阱內(nèi)徑向產(chǎn)生一個靜電四極偏轉(zhuǎn)電場，使注入阱的正離子流從電極板18和20出射通過出口 23等而被位于側(cè)邊的離子檢測器12所檢測。當需要檢測負離子時，需改變電源21及22的極性。由于離子流在阱內(nèi)不經(jīng)歷長時間的運動，其化學穩(wěn)定性等對四極桿分析器6得到質(zhì)譜的離子豐度影響可以忽略。對于僅使用一個側(cè)向離子檢測器的情況，可使用另一類在阱內(nèi)形成偶極偏轉(zhuǎn)電場的方法，如圖3下圖所述，對于正離子流的情況，可通過直流電源21對電極板20附加一個正向偏轉(zhuǎn)直流電壓，同時通過直流電源22對電極板18附加一個負向偏轉(zhuǎn)電壓，而電極板17 與19為平衡或得到一個合適的場軸電位可接地或附加一個幅度較低的電位，這樣即在阱內(nèi)徑向產(chǎn)生一個靜電偶極偏轉(zhuǎn)電場，使注入阱的正離子流通過電極板18側(cè)的出口 23等而被位于電極板18側(cè)邊的離子檢測器12所檢測。在線形離子阱內(nèi)產(chǎn)生有效的偏轉(zhuǎn)電場并不僅限于上述兩種基本電場結(jié)構(gòu)，為改善逐出效率，可在上述電場中附加額外的直流偏置場或更高階的多極電場成分。其中一種方法如圖3右圖所示，可使用多個長條形分立電極如M，25，沈，27等來取代單一電極板18，偏轉(zhuǎn)輔助電壓僅附加在側(cè)面出口附近的分立電極25，沈上以在側(cè)面出口附近提供更強聚焦力的電場以改善離子出射狀況?；蛘?，也可同時在較遠離出口的分立電極如對，27上附加與出口附近的電極條25，沈相反的偏置電壓的方法來進一步改善偏轉(zhuǎn)離子的指向性。各分立電極如24，25，26，27等的電壓可使用分立電源如28，四等控制，也可用分壓電阻網(wǎng)絡30 等從同一電源31分配此外，為改善靜電偏轉(zhuǎn)電場部分可能對不同質(zhì)荷比離子偏轉(zhuǎn)出射效率存在的質(zhì)量歧視，實際應用本專利時，可隨四極濾質(zhì)器6的質(zhì)量選擇窗口中心值的同步掃描修改該偏轉(zhuǎn)場的幅度、直流偏置或多極場成分，以改善或補償這些出射效率歧視效應。與只具備單一四極濾質(zhì)器的儀器在同一時刻只能選擇一類特定質(zhì)荷比的離子而將其余離子全部損失的工作模式相比，本發(fā)明的又一特點是其中四極桿濾質(zhì)器與線形離子阱的組合可利用離子化源產(chǎn)生的幾乎全部離子形成質(zhì)譜信號，從而提升儀器的靈敏度及檢測限能力。該方法的具體實施方案為首先，將附加在四極濾質(zhì)器6上所謂的“提供質(zhì)量分辨的直流”信號去除，此時，進入該四極濾質(zhì)器6，質(zhì)量電荷比大于一特定值的全部離子只受到附加在四極濾質(zhì)器6上的高頻高壓信號產(chǎn)生的徑向贗勢作用，被約束在四極濾質(zhì)器中軸附近的一個柱狀區(qū)域沿軸運動，并通過后置調(diào)制桿組7進入線形離子阱。該特定值稱四極濾質(zhì)器的最低通過質(zhì)量，對特定結(jié)構(gòu)尺寸的四極濾質(zhì)器僅同附加在其上的高頻高壓信號的幅度及頻率相關(guān)。線形離子阱通過在其上的一組或兩組正交放置的徑向束縛電極組如17，19和18， 20上附加捕獲高頻電壓同時捕獲從離子源中的不同質(zhì)荷比的離子。之后通過掃描該捕獲高頻高壓的幅度或頻率或兩者的組合，使離子在阱內(nèi)的所謂久期(Secular)振動頻率，即離子在線形離子阱徑向周期運動中與離子質(zhì)量相關(guān)的特征頻率發(fā)生改變，按其質(zhì)荷比大小依次同耦合在該徑向束縛電極組上的一對或一個較低頻率輔助激發(fā)電壓，如偶極激發(fā)電壓的頻率發(fā)生共振，使離子阱中的離子按質(zhì)荷比大小有選擇的逐出到檢測器，從而形成質(zhì)譜。對阱中存在四極以上的高極場的情況下，還可利用高極場與偶極激發(fā)作用下形成的非線性共振出射現(xiàn)象提高質(zhì)譜圖結(jié)果的質(zhì)量分辨率，化學位移等指標。除偶極激發(fā)外，上述輔助激發(fā)電壓也指任意用于形成四極激發(fā)電場或其他多極激發(fā)電場或多個多極(含偶極)激發(fā)電場的組合，用于與離子的久期振動頻率共振，增大離子的軌跡幅度與動能的交變電壓信號。對于監(jiān)測來自同一母離子的多個子離子的情況，線形離子阱并不需要像三重四極桿質(zhì)譜儀那樣需要切換多個通道，而只需要一次掃描即可獲得，因此可增強有這類情況的多通道離子反應監(jiān)測的單位時間監(jiān)測反應速度，這為復雜混合物共流出的分析提供了幫助。對于四極濾質(zhì)器工作在離子質(zhì)量選擇模式的情況下，本發(fā)明所述的儀器結(jié)構(gòu)可對通過四極濾質(zhì)器對樣品離子進行母離子選擇，同時實現(xiàn)高能碰撞解離，并在線形離子阱內(nèi)掃描采集該特定質(zhì)荷比離子的子離子譜即二級質(zhì)譜。具體方法為，對于正離子模式，在離子引入過程中，如圖4所示，含有各種樣品離子的離子流16首先通過四極桿濾質(zhì)器6，被過濾為僅包含所選質(zhì)荷比母離子32的離子流，并通過后桿7。此時在線形離子阱的徑向束縛電極組11上附加束縛高頻高壓33，調(diào)節(jié)四極濾質(zhì)器6以及后桿7的直流偏置，使其高于線形離子阱的直流偏置約20至40伏特，同時在線形離子阱內(nèi)引入分子量較大的碰撞氣體如氬氣，注入線形離子阱的離子就會由于其原有電勢能的轉(zhuǎn)換，獲得20至40電子伏特的動能。 擁有這樣較高能量的離子同碰撞氣體分子34碰撞后，其動能中的較大部分會轉(zhuǎn)換為離子的內(nèi)能，最終使離子內(nèi)部較弱的化學鍵破裂而解離。解離后的子離子35其動能的一部分會通過中性部分36的丟失而丟失，因而不足以離開線形離子阱的軸向勢阱，碰撞冷卻也會加速這種過程。對負離子模式下，各涉及電極的電位變化則與正離子相反。由于這種模式下離子的碰撞能量較高，解離速度較快，需解離的母離子的質(zhì)量可遠大于離子阱注入階段時的質(zhì)量低端極限，因此不存在通常離子阱類儀器中采用共振誘導解離時易出現(xiàn)的所謂三分之一質(zhì)量下限。除了利用外加的四極濾質(zhì)器過濾其他離子的方法外，運用線性離子阱自身也可對已束縛在阱中的離子進行離子選擇，具體方法包括通過在線形離子阱徑向束縛電極上耦合一對或施加一個輔助激發(fā)交變激發(fā)信號，通過兩次掃描束縛高頻高壓信號，使大于選擇質(zhì)量范圍的所有離子的久期振動頻率依次遞增通過該交變激發(fā)信號所決定的共振激發(fā)帶而出射，以及小于選擇質(zhì)量范圍的所有離子的久期振動頻率依次遞減通過偶極交變激發(fā)信號所決定的共振激發(fā)帶而出射來隔離處于選擇質(zhì)量范圍的離子；也可通過施加一個連續(xù)頻域的輔助激發(fā)復合信號序列，通過在其頻域內(nèi)引入一個小范圍的頻率缺失(Notch)，使大于或小于所選質(zhì)量的離子共振出射而排除；還可通過仿照四極濾質(zhì)器原理的方法，在線形離子阱的徑向束縛電極上所施加的高頻高壓信號上附加提供質(zhì)量分辨的直流信號，調(diào)制離子阱內(nèi)離子位于穩(wěn)定圖上的a，q值。使離子阱所能儲存的離子質(zhì)荷比范圍中同時出現(xiàn)高質(zhì)量極限和低質(zhì)量極限來去除不需要的離子。其中a為同四極直流信號幅度相關(guān)的無量綱量，q為同四極高頻信號幅度相關(guān)的無量綱量。
在本發(fā)明所述的儀器中也可實現(xiàn)通常離子阱類儀器中使用的共振誘導解離技術(shù)， 來對束縛在離子阱中的離子，或通過上述方案選擇的指定離子實現(xiàn)解離，實現(xiàn)二級及三級串級質(zhì)譜的獲取，重復上述選擇過程及所述的解離過程還可得到四級，五級串級質(zhì)譜及儀器靈敏度及操作損失下所允許的任意多級串級質(zhì)譜分析。共振誘導解離技術(shù)的具體方式為如線形離子阱截面圖5所示，通過線形離子阱上的一組或兩組正交放置的徑向束縛電極組如17，19和18，20上附加電壓源裝置37及38產(chǎn)生的高頻高壓信號，通過改變該捕獲高頻高壓的幅度或頻率或兩者的組合，使所需解離的離子在阱內(nèi)的久期振動頻率，與通過耦合器件如變壓器39，耦合在該徑向束縛電極組上的一對或一個較低頻率的偶極激發(fā)電壓 40的頻率相接近，從而使其在激發(fā)方向上的振動幅度及平均動能增加，如離子軌跡云41所示。激發(fā)后的離子與引入離子阱中的較大分子量的碰撞氣體碰撞轉(zhuǎn)換為內(nèi)能，從而完成碎裂過程。共振誘導解離技術(shù)還可用于在從四極濾質(zhì)器向離子阱注入離子進行軸向碰撞解離時，通過徑向激發(fā)進一步提高解離效率。此外由于徑向共振誘導激發(fā)所需的頻率與被激發(fā)的離子有關(guān)?？稍诩ぐl(fā)選擇的離子的同時排除由于分子離子反應產(chǎn)生的其他母離子所產(chǎn)生的子離子的干擾。共振誘導解離技術(shù)也可同高能軸向碰撞技術(shù)結(jié)合來進行混合解離方法串級質(zhì)譜分析，例如采用四極桿選擇一次母離子，離子阱捕獲時利用其軸向碰撞解離獲得束縛于阱中的二代母離子，再通過之前所述的選擇性輔助共振激發(fā)方法，或類似四極濾質(zhì)器調(diào)節(jié)離子在穩(wěn)定圖上a，q值來選擇離子的方法，按質(zhì)荷比去除不需要的離子，而讓某一種質(zhì)荷比的離子留下繼續(xù)裂解，來選擇特定質(zhì)量的二代母離子。然后運用共振誘導解離方法再將這些選定質(zhì)量的二代母離子解離取得二代子離子，再掃描離子阱的束縛高頻高壓使離子阱中的子離子按質(zhì)荷比大小有選擇的逐出到檢測器，從而形成三級串級質(zhì)譜圖。也可對指定質(zhì)量的離子單獨選擇性的逐出來完成三級串級選擇離子監(jiān)視。與通常在單一線形離子阱內(nèi)獲得一級，二級質(zhì)譜圖的技術(shù)相同，在運用混合解離串級質(zhì)譜技術(shù)中最終逐出離子獲得質(zhì)譜時也可使用共振偶極激發(fā)，配合離子阱場型高極場成分的非線性偶極激發(fā)，四極激發(fā)等輔助激發(fā)技術(shù)手段來提升最終質(zhì)譜圖的譜圖質(zhì)量。對于單次譜采樣時間有特別需求的，也可把上述選擇離子技術(shù)和解離技術(shù)在具體實現(xiàn)方式不沖突的條件下同時運用，以形成一種二級串級質(zhì)譜連續(xù)分析模式。例如在實現(xiàn)母離子高能軸向碰撞解離的同時，在線形離子阱徑向束縛電極組中不同方向上的兩組電極如17與19，18與20上分別附加對應特定質(zhì)荷比子離子的久期振動頻率的偶極激發(fā)信號與對應此頻率范圍缺失的連續(xù)頻域的偶極激發(fā)信號，即可在母離子離子流連續(xù)注入的情況下，從附加對應子離子久期振動頻率激發(fā)信號的一側(cè)檢測到連續(xù)的子離子流信號。而其他離子則通過連續(xù)頻域的偶極激發(fā)信號被從另一徑向方向逐出，避免了線形離子阱的飽和。 尤其是在通過修正幾何結(jié)構(gòu)或利用電壓衰減網(wǎng)絡分配器42等產(chǎn)生電壓分布向線形離子阱中引入徑向分布高階多極場后，利用高階多極場例如八極場，十六極場等在2個或多個方向的場不對稱性與具有此方向上快速非線性激發(fā)性能的質(zhì)荷比掃描方向的對應關(guān)系，可進一步改善這些組合激發(fā)-選擇離子工作模式的效果。值得指出的是，當本實施例中的線形離子阱為一個由開關(guān)電壓驅(qū)動的數(shù)字離子阱，由于高壓電子開關(guān)可以以亞微秒至小時級以上的任意周期，任意時刻切換開關(guān)工作，在牽涉工作質(zhì)荷比快速或大幅變化的操作中存在許多優(yōu)勢。同時，與傳統(tǒng)離子阱利用電感電容諧振電路實現(xiàn)射頻高壓正弦波束縛信號不同，由于電子開關(guān)切換的任意性，數(shù)字離子阱中的射頻高壓可實現(xiàn)相位不連續(xù)變化，這就為一些傳統(tǒng)離子阱中無法實現(xiàn)的工作模式，例如在非穩(wěn)定區(qū)進行離子束縛及解離，或在共振激發(fā)碰撞解離技術(shù)中得到超低質(zhì)量的子離子等提供了實現(xiàn)方法。以在共振激發(fā)碰撞解離技術(shù)中得到超低質(zhì)量的子離子的方法為例，在數(shù)字線形離子阱中由于開關(guān)切換的時間任意性，可在對應超低低質(zhì)量極限的短周期方波序列中間隔插入幾個一至數(shù)周期的長周期時間的方波序列，由于采用長周期的方波周期時各離子所在的贗勢阱較深，采用偶極激發(fā)時母離子可以得到足夠的動能，這些具有高動能的離子可以同周圍的碰撞氣體作用而轉(zhuǎn)變部分動能為其內(nèi)能，當內(nèi)能積蓄到一定程度時，母離子就有幾率碎裂。由于只施加了數(shù)個周期的長周期方波，雖然超低質(zhì)量的子離子在長周期方波束縛下離子軌跡不穩(wěn)定，但由于時間較短并不足以離開離子阱，因此長周期方波結(jié)束后可以得到超低質(zhì)量的子離子。在通常的正弦波離子阱中，上述方法由于正弦波的幅度變化并不能迅速發(fā)生跳躍，因而很難實現(xiàn)解離母離子時保留超低質(zhì)量的子離子。然而，即使是利用了上述超快跳頻技術(shù)，對共振激發(fā)解離母離子時位于離子阱穩(wěn)定區(qū)外的子離子，在最終的子離子譜上的強度仍會大幅下降。針對二級以上串級質(zhì)譜的裂解效率，尤其是其中低質(zhì)量子離子的生成效率的問題，本發(fā)明中給出一種新型的利用線形離子阱與四極濾質(zhì)器結(jié)合對已束縛在離子阱中的離子利用四極濾質(zhì)器進行質(zhì)量過濾和解離的方法。具體實施方案如下，如圖6所示，當有分析需求的離子，例如從離子源通過離子源接口、離子導引光學系統(tǒng)注入的原始離子或選擇質(zhì)量的離子，或已被捕獲在離子阱中的離子，或經(jīng)過碰撞解離的上述離子的子離子等在離子阱中捕獲之后，將與之串聯(lián)的一四極桿濾質(zhì)器主桿43上設置高頻高壓與具有質(zhì)量分辨的直流電壓信號，使其處在選擇通過下一步母離子50的工作狀態(tài)。之后，根據(jù)所選母離子50的極性，通過脈沖地改變線形離子阱靠近該四極桿濾質(zhì)器一側(cè)的離子門44，徑向束縛電極組45及后置離子門46其一，其二或三者的直流電位偏置，使離子阱中造成沿軸向的加速逐出電場。離子阱中的離子會通過近側(cè)預桿47反向流入前方的四極桿濾質(zhì)器43，這時可在四級桿濾質(zhì)器的遠側(cè)預桿48或其遠端出口處的電極49上根據(jù)母離子50的極性設立高于或低于四極桿濾質(zhì)器主桿的電位，使離子在通過四極桿濾質(zhì)器發(fā)生折返，并重新通過四極桿濾質(zhì)器回到離子阱中，此時除被允許通過的下一步母離子50外的離子51等將被四極桿濾質(zhì)器完全排除，這個過程通常約數(shù)十微秒，在此過程中，可將線形離子阱自身的可捕獲離子的質(zhì)荷比范圍通過變化其徑向束縛電極45上的高頻高壓的電壓或頻率加以修改，以覆蓋可能產(chǎn)生的最小子離子的質(zhì)荷比范圍， 同時通過變更線形離子阱兩端離子門44與46的電位，重新設定阱的場軸電位分布以確定母離子50重新進入離子阱后所具有的軸向動能。由于上述操作中作為下一步的母離子50 的質(zhì)荷比及離子阱軸向推出脈沖的時間強度已決定，重新回到離子阱內(nèi)的母離子50再次離開離子阱的時間可以被得知。在此時間點前，變化線形離子阱兩側(cè)離子門的電位阻止其離開，母離子50就將被捕獲。同時，若母離子50重返離子阱時具有一定的動能，則可與引入在離子阱內(nèi)的碰撞氣體52碰撞得到子離子53等，并可進一步得到子離子質(zhì)譜。
上述方法的優(yōu)勢在于不論是先前已存入線形離子阱的離子還是在線形離子阱中裂解產(chǎn)生的離子都可用高能軸向碰撞解離的方式碎裂，而不依賴于線形離子阱徑向束縛勢阱的限制，因此避免了離子阱串級質(zhì)譜中的子離子質(zhì)量下限的問題。這為在本發(fā)明中涉及的四極桿濾質(zhì)器線形離子阱串聯(lián)系統(tǒng)中，實現(xiàn)三級及以上串級質(zhì)譜的真正無低質(zhì)量丟失提供了解決方案。該方法的應用范圍不僅限于本發(fā)明中所給出的四極桿濾質(zhì)器線形離子阱順序的串聯(lián)質(zhì)譜儀裝置，也可應用于線形離子阱-四極桿濾質(zhì)器型(即四極桿濾質(zhì)器在離子阱下游)的串聯(lián)質(zhì)譜裝置。比如目前常用的三重四極桿質(zhì)譜儀裝置中，利用上述方法，將碰撞室作為線形離子阱并在前后任意一個分析桿的末端施加反射電壓，同樣可以進行上述串級質(zhì)譜分析過程，獲得二級以上的串級質(zhì)譜。需要注意的是，為減少上述方法中可能存在的離子阱-四極桿交叉污染，以及進一步改善該方法的引出效率，在脈沖引出離子阱中所存離子前首先可用較寬范圍的質(zhì)量隔離手段，包括選擇性偶極共振激發(fā)方法，或利用引入有質(zhì)量選擇力的四極直流信號排除大部分其他離子，同時或然后采取提高線形離子阱后端直流電位的方法預壓縮所選母離子。 同時，在利用四極桿過濾出母離子之前，應對四極桿短暫施加高的四極直流脈沖以去除可能從離子源進入的同質(zhì)荷比干擾物種；以及在母離子往復分析中，離子源出口聚焦透鏡施加高阻擋電位以避免下一流出物離子干擾母離子及其子離子的可能。此外，對于連續(xù)離子源的情況，為避免在掃描高頻高壓獲取質(zhì)譜時發(fā)生新注入的離子干擾譜圖的情況，離子阱引入離子之后，質(zhì)譜掃描結(jié)束并清空離子阱之前，線形離子阱的前端離子門電位需要升高或降低以關(guān)閉離子注入。這樣，在普通單離子阱質(zhì)量分析器的質(zhì)譜儀中，從離子引入后至下一次離子引出前離子源所產(chǎn)生的離子將遭到損失。在本發(fā)明所述的儀器中，在需提升樣品檢測限極限或其他對靈敏度有需求，可以通過其描述的結(jié)構(gòu)特征來進一步避免這樣的損失。再次以圖1為例說明，具體方法為，對正離子模式，在上述任一分析方法中最后一次對離子阱的離子注入結(jié)束，線形離子阱前端離子門電位抬高后，使后桿系7的直流偏置下降到低于四極濾質(zhì)器6的直流偏置1至20伏特以下。這樣，由于后桿系接近線形離子阱，其內(nèi)部氣壓較高，可實現(xiàn)對注入后桿系7的離子的碰撞冷卻，使得在線形離子阱非注入時間中通過四極濾質(zhì)器的離子緩存在后桿系7中。 在進入下一分析周期原首次離子注入的階段前，脈沖提高后桿系7的直流電位并降低離子阱前端離子門8的電位完成此部分離子的脈沖注入。負離子模式下，各涉及電極的電位變化則與正離子相反。離子阱類質(zhì)譜儀還存在的一類問題是其離子阱的最高儲存容量限制了其分析樣品濃度的動態(tài)范圍。雖然在線形離子阱中，其最高儲存離子容量已較三維離子阱大幅提高。 然而對于氣相色譜的分析領(lǐng)域，流出峰的濃度可能相差極大。傳統(tǒng)離子阱質(zhì)譜儀中為解決此問題引入了控制注入離子阱樣品量的自動增益控制方法。為得到合適的注入量或注入時間，在離子阱及之后的線形離子阱儀器中都需要在正式捕獲掃描離子周期外增加額外的一個較短的捕獲掃描階段來捕獲一批離子做離子流量分析。這種手段首先減少了儀器的有效工作時間，因為在該短掃描階段中注入離子的總量本身并不確定，掃描速度又較快，造成得到的譜圖質(zhì)量較差，無法用于與后續(xù)的正式疊加來改善數(shù)據(jù)信噪比，而只能用于用其全質(zhì)譜峰強度估計總離子流量；其次，由于離子阱在同一條件下只能有效捕獲一定質(zhì)荷比范圍中的離子，因此，用離子阱預掃描譜得到的所謂總離子流強度僅是一定質(zhì)荷比范圍中的總離子流強度。這就導致分析不確定樣品時，出現(xiàn)預設測試捕獲范圍與實際流出峰離子質(zhì)荷比范圍不吻合的情況下，由于錯誤低估實際總離子流強度，造成離子阱仍舊飽和的情況。同時對于少量其離子質(zhì)荷比偏離預設測試捕獲范圍的樣品與大量產(chǎn)生預設測試捕獲范圍的離子的樣品共流出的情況，由于其離子注入時間受該大量干擾物的注入流量所決定，對少量樣品則顯不足，造成該少量樣品的靈敏度變差的現(xiàn)象。本發(fā)明可提供一種新的方法來控制注入離子阱的離子總量，具體實施方法如下 首先在四極桿濾質(zhì)器上施加快速掃描幅度的高頻與直流電壓，此時四極桿濾質(zhì)器的選通質(zhì)量迅速隨時間變化，同時將離子阱的徑向束縛電極施加合適的偏轉(zhuǎn)電壓，或使其直接通過直線離子阱，即可在之后的離子檢測器上檢測到隨時間變化的離子電流，對應此時離子源產(chǎn)生各種質(zhì)荷比的離子強度與其質(zhì)荷比的關(guān)系，即預檢測質(zhì)譜。得到預檢測質(zhì)譜后，由于樣品注入量的連續(xù)性，連續(xù)進樣以及一般色譜條件下極短時間如數(shù)十毫秒內(nèi)的離子流，包括其離子種類及對應豐度不應發(fā)生極劇烈變化，因此， 可根據(jù)預檢測質(zhì)譜的總離子數(shù)計算離子阱到達最合適的注入離子量時，所需的離子注入時間。然后根據(jù)上述計算得到的離子阱注入時間，通過改變線形離子阱前端離子門處于開啟電位的時間，同時在離子阱徑向束縛電極施加高頻高壓信號，即可充分接受并捕獲從四極濾質(zhì)器傳輸過來的離子。捕獲合適注入量的離子后，可通過在阱內(nèi)附加偶極共振激發(fā)或及其他多極激發(fā)交變電場，掃描施加在離子阱上徑向束縛高頻高壓，即可將離子阱中的離子按質(zhì)荷比大小依次同交變電場激發(fā)共振，使其有選擇地，經(jīng)引出口由徑向逐出到檢測器，以形成主檢測質(zhì)譜。綜合主檢測質(zhì)譜及預檢測質(zhì)譜，以及總注入時間，質(zhì)譜儀可通過軟件計算理論上質(zhì)量分析器始終工作時單位時間積累的總離子量及各離子質(zhì)荷比及其相對豐度，還原出注入離子源的樣品的總離子色譜(TIC)及各選擇離子色譜圖(XIC)。由于控制了注入離子阱的離子總量，離子阱內(nèi)離子的空間電荷效應及分子離子反應等引起質(zhì)量位移和分辨率下降的情況可以得到抑制，因此用本方法可以獲得高質(zhì)量的質(zhì)譜圖和選擇離子色譜圖而避免離子阱的飽和，增大了最大分析樣品濃度。同時由于主分析過程可用離子阱完成，主分析階段中幾乎全部離子都可被利用來得到質(zhì)譜圖，從而避免了用四極桿掃描獲取全譜時除正選擇質(zhì)荷比的離子外其他離子的丟失浪費，因此其總體離子靈敏度及檢測限幾乎可與四極桿選擇質(zhì)量監(jiān)視模式(SIM)相當。在某些需要同時獲知各流出物質(zhì)譜信息及物質(zhì)量信息，同時又對某些特定物質(zhì)有極高的定量檢測限要求的分析方案中，還可利用預檢測質(zhì)譜的質(zhì)譜信息來進一步提高本方法對樣品的分析能力，具體方案如下，首先只允許該樣品確定質(zhì)荷比附近的離子通過四級桿及工作在偏轉(zhuǎn)模式下的線形離子阱得到預檢測質(zhì)譜。同時，根據(jù)預檢測質(zhì)譜中該物質(zhì)對應質(zhì)荷比的離子數(shù)計算離子阱捕集最合適的該離子數(shù)量時所需的離子注入時間。然后根據(jù)該注入時間通過改變線形離子阱前端離子門處于開啟電位的時間，同時在離子阱徑向束縛電極施加最適合該離子對應質(zhì)荷比的高頻高壓信號，即可接受并最高效率捕獲從四極濾質(zhì)器傳輸過來的該離子。之后對儲存在離子阱中的離子進行質(zhì)譜掃描得到質(zhì)譜，即可獲得高靈敏度的該物質(zhì)選擇色譜信號。由于該方法中無需將四極桿調(diào)整到足夠分離同位素的高分辨率低通過率狀態(tài)，在離子阱無存儲和出射損失的情況下其靈敏度及檢測限甚至可高于單位質(zhì)量分辨下的四極桿選擇質(zhì)量監(jiān)視模式的對應結(jié)果。同時還可得到該物質(zhì)同位素峰的豐度信息，進一步增強了色譜，質(zhì)譜數(shù)據(jù)定性、定量的準確性。上述方法還可用于控制四極桿選擇母離子利用軸向碰撞解離進行串級質(zhì)譜分析時的離子數(shù)控制以避免母離子及碰撞產(chǎn)生的子離子在離子阱內(nèi)的飽和。具體案例如下在四極桿選擇母離子高能注入線形離子阱之前，首先先通過設定施加在四極濾質(zhì)器的射頻電壓幅度及直流幅度，獲得與后續(xù)注入離子阱時相同的母離子選擇范圍，將離子阱置于偏轉(zhuǎn)模式并測量此時通過四極桿的離子強度以預測選擇的母離子們在單位時間內(nèi)的離子總量；之后在線形離子阱的電極上施加捕獲高頻電壓，并將其設定在與一個捕獲質(zhì)荷比范圍對應的振幅或頻率，同時在四極濾質(zhì)器和線形離子阱之間設置軸向電位差，使從四極濾質(zhì)器傳輸過來的離子加速，并與離子阱中碰撞氣體碰撞；根據(jù)之前測量的預測離子強度信號與離子阱能儲存與裂解該母離子的最適數(shù)量的比值，計算并設定一個持續(xù)時間。 使只在這段時間中通過四極濾質(zhì)器的該選定質(zhì)荷比范圍中的離子加速并進入離子阱，與離子阱中的碰撞氣體碰撞；超過該時間后，離子門關(guān)閉。設置離子阱前后端蓋的直流電位，使碰撞解離產(chǎn)生的在上述質(zhì)荷比范圍中的產(chǎn)物離子被離子阱捕獲，之后對所捕獲的離子做質(zhì)譜掃描以獲得串級質(zhì)譜。使用本發(fā)明公開的四極桿濾質(zhì)器與線形離子阱連用裝置還可完成許多未列出的操作方法或上述列出操作方法的復合方法，在此不一一列出，但本發(fā)明的界定范圍應以權(quán)力要求書所給出的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種質(zhì)譜儀，其特征為包含以下部分；置于真空環(huán)境中的離子源；位于離子源下游的四極桿濾質(zhì)器；位于四極桿濾質(zhì)器下游，具有側(cè)面引出口的線形四極場離子阱以及，置于線形離子阱側(cè)邊，用以接收從線形離子阱側(cè)面引出口引出的離子的檢測裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀，其中置于真空環(huán)境的離子源為采用電子轟擊或離子反應的手段來離化氣態(tài)或被氣化了的樣品的離子源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的質(zhì)譜儀，其特征在于其中四極桿濾質(zhì)器包含后短桿系，線形離子阱對著后短桿系的端蓋上有離子出入口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的質(zhì)譜儀，進一步包含脈沖氣體提供裝置，給線形離子阱提供所需的冷卻氣體和碰撞氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，包括電壓源裝置，可在至少一部分的工作時間內(nèi)對線形離子阱的電極上施加偏轉(zhuǎn)電壓，使穿過四極桿濾質(zhì)器的離子，在進入所述的線形離子阱后，受到上述偏轉(zhuǎn)電壓形成的偏轉(zhuǎn)電場的作用向側(cè)面引出口方向偏轉(zhuǎn)，從而經(jīng)該引出口由徑向被逐出到所述的離子探測器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀，其中側(cè)面引出口為線形離子阱的四極場形成電極上或電極間平行于離子阱軸的狹縫狀出口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀，其特征在于包含為線形離子阱的四極場形成電極提供高頻電壓的電壓源裝置，以捕獲從四極濾質(zhì)器傳輸過來的離子；同時包含輔助激發(fā)電壓源，提供輔助共振激發(fā)電壓，將離子阱中的離子按質(zhì)荷比大小順序共振逐出到檢測裝置，以形成質(zhì)譜。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的質(zhì)譜儀，其特征在于包含為線形離子阱的四極場形成電極提供高頻電壓的電壓源裝置；同時包含直流電壓源，提供在四極濾質(zhì)器和線形離子阱之間的軸向電位差，該電位差使從四極濾質(zhì)器傳輸過來的離子加速，并與離子阱中所謂碰撞氣體碰撞；其中高頻電壓的振幅及頻率能使碰撞解離產(chǎn)生的產(chǎn)物離子被離子阱捕獲。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的質(zhì)譜儀，其特征在于包含為線形離子阱的四極場形成電極提供高頻電壓的電壓源裝置；以及在線形離子阱的電極上疊加輔助激發(fā)電壓的電壓源裝置； 以及控制上述電壓源的振幅或頻率的控制裝置，使從四極濾質(zhì)器傳輸?shù)诫x子阱的離子在被離子阱捕獲期間受輔助激發(fā)電壓作用，而加速振蕩并與離子阱中所謂碰撞氣體碰撞，且碰撞解離產(chǎn)生的產(chǎn)物離子可以被離子阱捕獲。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，包括掃描控制裝置，使其中碰撞產(chǎn)生的碎裂產(chǎn)物離子被離子阱捕獲以后，發(fā)生共振激發(fā)，按質(zhì)荷比大小有秩序地被逐出到檢測裝置，以形成二級質(zhì)譜。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀，其中線形離子阱為一個由開關(guān)電壓驅(qū)動的數(shù)字離子阱。
12.一種使用權(quán)利要求1所述質(zhì)譜儀的質(zhì)譜分析方法，其特征為包含以下步驟在四極桿濾質(zhì)器上設置高頻與直流電壓，以建立使一定質(zhì)荷比范圍內(nèi)的離子導通的四極電場；在線形離子阱的電極上加偏轉(zhuǎn)電壓，使穿過四極桿濾質(zhì)器的離子，在進入所述的線形離子阱后，受到上述偏轉(zhuǎn)電壓形成的偏轉(zhuǎn)電場的作用，向引出口方向偏轉(zhuǎn)，從而經(jīng)引出口由徑向被逐出。
13.一種使用權(quán)利要求1所述質(zhì)譜儀的質(zhì)譜分析方法，其特征為包含以下步驟 在四極桿濾質(zhì)器上施加高頻電壓建立高頻四極電場；在線形離子阱的電極上施加捕獲高頻電壓，以將從四極濾質(zhì)器傳輸過來的離子捕獲； 通過偶極共振激發(fā)，將離子阱中的離子按質(zhì)荷比大小有選擇地，經(jīng)引出口由徑向逐出到檢測器，以形成質(zhì)譜。
14.一種使用權(quán)利要求1所述質(zhì)譜儀的串級質(zhì)譜分析方法，其特征為包含以下步驟 在四極桿濾質(zhì)器上施加高頻電壓建立高頻四極電場；在線形離子阱的電極上施加捕獲高頻電壓，并將其設定在與一個捕獲質(zhì)荷比范圍對應的振幅或頻率；引入碰撞氣體，在四極濾質(zhì)器和線形離子阱之間設置軸向電位差，使從四極桿濾質(zhì)器傳輸過來的離子加速，并與離子阱中碰撞氣體碰撞；設置離子阱前后端蓋的直流電位，使碰撞解離產(chǎn)生的在上述質(zhì)荷比范圍中的產(chǎn)物離子被離子阱捕獲。
15.一種使用權(quán)利要求1所述質(zhì)譜儀的串級質(zhì)譜分析方法，其特征為包含以下步驟 在四極桿濾質(zhì)器上施加高頻電壓建立高頻四極電場；在線形離子阱的電極上施加捕獲高頻電壓，設置離子阱前后端蓋的直流電位，使通過四極桿濾質(zhì)器的離子被離子阱捕獲。對捕獲的離子通過選擇性共振激發(fā)方法，或利用a、q穩(wěn)定圖選擇離子的方法，按質(zhì)荷比去除不需要的離子，保留某一種質(zhì)荷比范圍內(nèi)的離子引入碰撞氣體，通過共振激發(fā)使上述保留的離子與碰撞氣體碰撞，產(chǎn)生碎裂產(chǎn)物離子。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的串級質(zhì)譜分析方法，其特征在于進一步再通過選擇性共振激發(fā)方法，或利用a、q穩(wěn)定圖選擇離子的方法，按質(zhì)荷比去除不需要的離子，而讓某一種質(zhì)荷比范圍的離子留下繼續(xù)裂解，并將其碎裂的離子通過共振激發(fā)，按質(zhì)荷比大小順序地被逐出到檢測裝置，形成三級質(zhì)譜。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的質(zhì)譜分析方法，進一步包括掃描四極桿濾質(zhì)器的高頻與直流電壓，同時測量被逐出的離子電流以獲得第一張質(zhì)譜
18.根據(jù)權(quán)利要求17的質(zhì)譜分析方法，進一步包括根據(jù)上述第一張質(zhì)譜至少一部分質(zhì)荷比范圍內(nèi)的總離子信號的強度與一個標準信號強度的比值，計算離子阱注入時間；在四極桿濾質(zhì)器上施加高頻電壓建立高頻四極電場使上述質(zhì)荷比范圍內(nèi)的離子得以通過；在線形離子阱的電極上施加捕獲高頻電壓，并以上述計算得到的離子阱注入時間接受并捕獲從四極濾質(zhì)器傳輸過來的離子；通過偶極共振激發(fā)，將離子阱中的離子按質(zhì)荷比大小有選擇地，經(jīng)引出口由徑向逐出到檢測器，以形成第二張質(zhì)譜。
19.一種使用權(quán)利要求1所述質(zhì)譜儀的串級質(zhì)譜分析方法，其特征為包含以下步驟 在四極桿濾質(zhì)器上施加高頻電壓建立高頻四極電場及提供質(zhì)量分辨的四極直流電場，使某一選定質(zhì)荷比范圍內(nèi)的離子通過四極桿濾質(zhì)器和離子阱，同時測量通過的離子電流以獲得該選定質(zhì)荷比范圍內(nèi)的預測離子強度信號。之后，在線形離子阱的電極上設定與上述選定質(zhì)荷比范圍對應的振幅或頻率； 在四極濾質(zhì)器和線形離子阱之間設置軸向電位差，使從四極濾質(zhì)器傳輸過來的離子加速，并與離子阱中碰撞氣體碰撞，從四極濾質(zhì)器注入離子的持續(xù)時間根據(jù)前面步驟中測量的預測離子信號強度與一標準值的比值計算決定。設置離子阱前后端蓋得直流電位，使碰撞解離產(chǎn)生的在上述質(zhì)荷比范圍中的產(chǎn)物離子被離子阱捕獲。
20. 一種串級質(zhì)譜分析方法，其特征包含 在線形離子阱中捕獲被分析離子；在與上述線形離子阱軸向串聯(lián)的四極桿濾質(zhì)器上設置高頻與直流電壓，以建立允許某一質(zhì)荷比離子通過的四極電場；在線形離子阱的軸向建立脈沖引出電壓，將離子射出線形離子阱并進入四極桿濾質(zhì)器，在四極桿濾質(zhì)器遠端建立反射軸向電勢，使離子折返，并在離子的往復過濾中選出一種質(zhì)荷比范圍內(nèi)的母離子；重新在線形離子阱的四極場形成電極上設定一個與上述母離子質(zhì)荷比范圍對應的捕獲高頻電壓振幅或頻率；在四極濾質(zhì)器和線形離子阱之間重新設置軸向電位分布，使從四極濾質(zhì)器返回到線形離子阱的離子加速，并與離子阱中碰撞氣體碰撞；設置離子阱前后端蓋的直流電位，使碰撞解離產(chǎn)生的在上述質(zhì)荷比范圍中的產(chǎn)物離子被離子阱捕獲。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種四極桿濾質(zhì)器和離子阱聯(lián)用的串級質(zhì)譜儀，及在其中實現(xiàn)單級到多級質(zhì)譜分析的多模式分析方法。儀器包含置于真空環(huán)境的離子源、位于離子源下游的四極桿濾質(zhì)器、位于濾質(zhì)器下游的線形離子阱以及置于離子阱側(cè)邊的離子檢測器。該儀器可通過四極桿濾質(zhì)器配合偏轉(zhuǎn)器模式線形離子阱獲得符合標準譜庫查詢標準的質(zhì)譜，也可實現(xiàn)軸向碰撞與共振激發(fā)兩種解離模式下的任意多級質(zhì)譜，并通過四極桿預測并優(yōu)化離子阱分析模式下的樣品注入量及種類。本發(fā)明還給出了一種利用四極桿濾質(zhì)器對離子阱中的離子進一步進行母離子選擇，并利用四極濾質(zhì)器同阱間的電位差來加速離子，實現(xiàn)高能碰撞解離，低子離子質(zhì)量歧視效應，且可多次重復的串級質(zhì)譜分析方法。
文檔編號H01J49/42GK102169791SQ20101030125
公開日2011年8月31日 申請日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者丁力, 穆輝, 蔣公羽 申請人:島津分析技術(shù)研發(fā)(上海)有限公司